Способ управления трехфазным мостовым инвертором и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтскнк

Социалистических

Рвспублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 20.0974 (21) 2061885/24-07 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет (43) Опубликовано 1511,78.Бюллетень № 42 (45) Дата опубликования описания 20.11.78

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Г . С .Мыцык и A . .И . Щеголев (71) Заявитель

Московский ордена Ленина энергетический институт (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗН6Ы MOCTQB61N ИНВЕРТОРОМ и устРОЙстВО для еГО ОсущестВления

Изобретение относится к области преобразовательной техники, а именно к классу преобразователей постоянного тока в переменный, и может быть использовано при построении трехфазных мостовых инверторов, предназначенных для частотного запуска и управления двигателями переменного тока, а также при построении автономных централизованных систем электроснабжения.

Известны способы управления инверторами, основанные на применении методов однополярной ШИМ (1) (2)

Недостатком данных способов являются большие искажения выходного тока.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ управления трехфазным инвертором, заключающийся в том, что на управляющие входы ключей инвертора, подсоединенные к одному выводу источника питания, подают сдвинутые

25 относительно друг друга на 2 (1/3 сигналы с однополярной ШИМ по убывающему закону в интервале 2 % /3-:9 (и в интервале 0-, Й/3) угла проводимости каждого ключа, т.е. полают уп30 равляющие сигналы с ШИМ по трапецеипальному закону .

Из известных устройств для управ— ления инверторами с однополярной

ШИМ наиболее близким по технической сущности является устройство управления инвертором (2) . Вто устройство содержит задающий ген ратор, два де.лителя частоты с разными коэффициентами деления, коммутатор в виде двух шестиячейковых регистров сдвига и диодной матрицы, логический блок и формирователи импульсов.

Принцип работы этого устройства заключается в том,что оно формирует импульсы управления тиристорным однофазным инвертором так, что выходное напряжение его при этом имеет вид сигнала с однополярной ШИМ по трапецеидальному закону

Недостатком данного способа при применении его в трехфазном мостовом инверторе являются большие искажения выходного тока в области

0,21 ""aey 1. Недостатком данного устройства являются большая масса и габариты.

Цель изобретения — уменьшение искажений выходного тока и улучшение энергетических показателей.

633128

5

l0

)5

40 триггером, подключены к выходам делителей частоты, выход триггера подключен к одному из входов шести трехвхо45

55 формирователей подают на днухвходовой логический элемент И 23, а с его выхобО да снимают сумму импульсов этих посПоставленная цель достигается тем что в способе управления трехфазным мостовым иннертором, заключающемся в том, что на управляющие входы ключей инвертора, присоединенные к одному выводу источника питания, подают сдвинутые относительно друг друга на 2 lt /3 сигналы с широтно-импульсной модуляцией по убывающему закону в интервале 2 41 /3 — угла проводимости каждого ключа, в интервалах

0-2 i /3 углов проводимости каждого ключа инвертора на их управляющие входы подают неизменный па амплитуде сигнал

В устройстве, реализующем данный способ., содержащем задающий генера-. тор, к выходу которого подключены дна делителя частоты с разными коэффициентами деления, трехфазное пересчетное кольцо, своим входом соединенное через элемент И с выходами делителей частоты, логический блок и блаки гальванической развязки и усиления, указанный логический блок выпалнен н виде трехнхадовых и двухвходовых элементов И и триггера, причем входы одного двухвхадавого элемента

И, последовательна соединеннога с довых элементов И, выход каждого из которых подсоединен к одному из входов шести днухвходовых элементов И,а остальные входы элементов И подключены к выходам трехфазного пересчетного кольца. Блок гальванической развязки выполнен н виде триггера с раздельными входами, двух блакинг -генераторов в управляемом антаколебательном режиме и:инвертора амплитуды причем рездельные входы триггера связаны с одним .из выходов логического блока через упомянутые блокинг-генераторы, а один из блокинг-генераторов подключен к выходу логического блока через инвертор амплитуды.

На фиг. 1 показана схема трехфазного иннертара; на фиг. 2 представлены: а) законы управления ключами инвертара; б) выходные фазные напряжения 0, Uz,, U ; и в) линейные напри04н, Пнс Uñ„äëÿ активно-индуктивной йагрузкй, соединенной в звезду. Схема трехфазного инвертора выполнена на ключах 1-6 и диодах

7-12.

Согласно способу в интервале

0 — 2 R /3 на управляющий вход ключа

1 инвертора (фиг.2) подают постоянный по амплитуде сигнал, а в интервале 2 и /3- .Й подают сигнал с ШИМ по убывающему закону, например, линейному. В данном случае сигнал с ИИМ состоит из четырех импульсов. При увеличении числа импульсов в сйгнале с ШИМ улучшается качество выходного тока инвертора, но вместе с этим значительно возрастают динамические потери в ключах инвертора, которые прямо пропорциональны числу переключений. При четырех импульсах качество выходного тока достаточно приемлемое, а динамические потери еще незначительны. Аналогичные сигналы, но с соответствующим фазовым сдвигом (см.фиг.За)подают на входы остальных ключей. При данном способе управления в инверторе чередуются два состояния ключей: замкнуты три ключа, затем два, снова три, затем два и т.д. Например, (см.фиг.За ) на интервале 11 проводят ключи 1,4,5, на интервале 1 ключи 1,4, на интервале — 1,4,5. При чисто активной нагрузке фазисе напряжение (он) имеет нид, показанный штриховкой на фиг.Зб.

Форма напряжения характеризуется четырьмя значениями потенциалов:Of(SE

1 л1

)JIVE<,2/5 E, При изменении угла нагрузки форма напряжения несколько изменяется из-за влияния э.д.с. самоиндукции нагрузки, однако,уже при сов, 0,&7 приобретает нид, показанный на фиг. Зб сплошными линиями, и характеризуется днумя значениями потенциалон 1/3 E л и 2/3 E q . Основные гармоники напряжения U11 и тока д показаны для фазы A штрих-пунктирной и пунктирной линиями соответственно.

Блок-схема устройства, реализующего данный способ, показана на фиг.3.

На фиг. 4 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Устройство для управления инвертарам содержит: задающий генератор 13, к выходу которого подключены два делителя частоты 14 и 15 с разными коэффициентами деления tn и я (причем п=п 1)

/1 элемент И 16, трехфазное пересчетнае кольцо 17, логический блок 18, блок

19 гальванической развязки и блок усиления 20.

Принцип работы схемы заключается с следующем.

Импульсы задающего генератора 13 частоты о преобразуют с помощью делителей частоты 14,15 на 4 и 5 в две последовательности импульсов частот

Fa и -, которые снимают с формирователей 21 и 22.

Существуют наиболее целесообразные соотношения коэффициентов деления делителей. Они определяют число переключений ключей за период, в данном случае взяты 4 и 5 и, близки к оптимальным. Дне последовательности импульсов частот с инверсных выходов ледовательностей и с помощью триггера 24 преобразуют их в широтно-модулированный сигнал, частота повторения которого в 6 раз выше выходной частоты инвертора.

633

Формула изобретения

Две последовательности импульсов

vо частот и .ф с нормальных выходов формирователей 21,22 подают также на элемент И 16 а результирующий сигнал частоты 1(20 с его выхода подают на вход пересчетного кольца 17, которое с помощью триггеров 25,26,27 формирует три серии прямоугольных 5 импульсов со скважностью 2, сдвинутых относительно друг друга на2Я/3 .

Частота импульсов на выходе пересчетного кольца 17 является выходной частотой иннертора и равна Гн/130

С помощью шести трехвходовых логических элементов И 28-33, на входы которых подают сигналы с триггеров

25,26,27, пересчетного кольца 17 и сигнал с ШИМ с триггера 24, формируют шесть последовательностей сигналов с MHN (см. например Пнь, < фиг.6) со скважностью 6, сдвинутых относительно друг друга на угол в масштабе ныходной частоты инвертора.

С помощью двухвходов логических 20 элементов И 34-39, на входы которых подают сигналы с выходов трехвходовых логических элементов И 28-33 и с триггеров 25,26,27 пересчетного кольца 17, осуществляют пристыковку по- 25 лученных сигналов с ШИМ к сигналам прямоугольной формы с выхода пересчетного кольца 17. Часть полученных сигналов (с выходов логических элементов 34,36,38) подают через усили- 3() тели 20 на управляющие входы транзисторов 2,4,6 иннер-.ора. Другую часть, сигналов (с выходов логических элементов 35,37,39) подают через блок

19 гальванической развязки, усилители

20 на управляющие входы транзисторов

1,3,5 инвертора

Блок гальванической развязки 19 работает следующим образом.

Сигналы с логических элементов

35,37,39 подают на блокинг-генераторы 40,41 42, а на блокинг-генераторы

43,44,45 подают сигнал с инверторов амплитуды 46,47,48. И с выходов блокинг-генераторов сигналы подают на раздельные входы триггеров 49,50,51.

Выходы триггеров 49,50,51 присоедине- 45 ны ко входам усилителей 53,54,55,56, 57.

Предложенная схема гальванической развязки обладает высокой помехоустойчивостью, обеспечиваемой тем, что на раздельные входы триггера поочередно подают не отдельные импульсы, а пакеты импульсов с высокой частотой заполнения (в макетном образце, например, 400кГц), так что при случайном ложном опрокидывании триггера происходит лишь микросекундной длительности искажение управляющего сигнала, поскольку ближайший следующий импульс пакета востановит триггер вновь в прежнее состояние. Блокинг-генераторы рабо60 тают в так называемом управляемом антоколебательном режиме. Генерация

128 6 имеет место лишь при наличии на его входе управляющего импульса . Длительность генерируемых блокинг-генераторами импульсов составляет десятые доли микросекунды, поэтому размеры импульсного трансформатора блокинг-генераторов незначительны.

Блок 20 усилителей 52-57 осуществляет усиление и инвертирование сигналон с логического блока 18 и схемы гальванической развязки.

Выходы усилителей 20 присоединены ко входам транзисторов инвертора.

Таким образом, предложенный способ позволяет:

1. Существенно уменьшить искажения выходного тока инвертора как н сравнении со способами управления однополярной ШИМ, так и в сравнении с широко распространенными 180 и 120 законами управления.

2. Улучшить использование напряжения питания инвертора, т.е. снизить напряжение на его ключевых элементах (амплитуда основной гармоники фазного напряжения для предлагаемого способа в долях от напряжения питания ранна 0,607).

3. Значительно расширить диапазон изменениясон р„ нагрузки (от coS(p,=

0,21-. О до Соб р, = 0,87 —: О), в котором спектр ее напряжения остается неизменным и отсутствует фазовый уход основной гармоники напряжения. ПоследI нее важно для уменьшения качаний двигателей переменного тока, питающихся от иннертора.

1 . Способ управления трехфа з ным мостовым инвертором, заключающийся в том, что на управляющие входы ключей инвертора, присоединенные к одному выводу источника питания, подают сдвинутые относительно друг друга на

2 41 /3 сигналы с широтно-импульсной модуляцией по убывающему закону в интервале 2 ii/3 вЂ,ti угла проводимости каждого ключа, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения искажений выходного тока и улучшения энергетических показателей, в интервалах О в 2> /3 углов проводимости каждого ключа иннертора на их управляющие входы подают неизменный по амплитуде сигнал.

2. Устройство для осуществления способа по п.1,содержащее задающий генератор, к выходу которого подключены два делителя частоты с разными коэффициентами деления, трехфазное пересчетное кольцо, своим входом соединенное через элемент И с выходами делителей частоты, логический блок, блок гальванической развязки и блок усиления, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что укаэанный логичеСкий

633128 блок выполнен в виде трехвходовых и двухвходовых элементов И и триггера, причем входы одного двухвходового эле мента И, последовательно соединенного с триггером, подключены к выходам делителей частоты, выход триггера подключен к одному из входов шести трех- 5 входовых элементов И, выход каждого из которых подсоединен к одному из входов шести двухвходовых элементов

И, а остальные входы элементов подключены к выходам трехфазного пересчет- )0 ного кольца.

3. Устройство по п,2, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, блок гальванической развязки выполнен в виде триггера с раздельными входами, двух блокинг-генераторов в управляемом автоколебательном Режиме и инвертора амплитуды, причем раздельные входы триггера связаны с одним иэ выходов логического блока через упомянутые блокинг-генераторы, а один из блокинг-генераторов подключен к выходу логического блока через инвертор амплитуды..

Источники информации принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США Р 3573601, кл.Н 02 М

7/52, 1973.

2. Мельничук П. П.,Гречко Э.К.

Система управления тиристорным инвертором с однополярным широтно-импульсным напряжением. Сб. Проблемы технической электродинамики, вып.24 Наукова думка, Киев, 1972,с.111.

3. Щеголев Л.И., Мыцык Г.С. Система управления трехфазным инвертором с однополярной ШИМ по трапецеидальному закону, Сб, Преобразовательная техника ХХ1 конференция по радиоэлектронике, т.1, Томского университета, 1974.

633128

Vg 77

V7

771б 775

V7

V7

V5i

"55

V54

Ь

V45 4

V4y

Ку

V57

V55

7754

V57

Вб

Vñà

Фи7. 4ЦНИИПЙ Заказ 6568/45 Тираж 850 Подписное

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, Ул.Проектная,4